数学学习乐园讨论与解答(21—30)
21.方形、十字与圆形22.火车司机的困扰 这个问题与第33题相当类似.关键是把C转至主线上,如图所示.23.聪明的牛奶商 先把3升的瓶...
21.方形、十字与圆形
22.火车司机的困扰
这个问题与第33题相当类似.关键是把C转至主线上,如图所示.
23.聪明的牛奶商
先把3升的瓶子装满,然后把瓶子中的牛奶倒入5升的瓶子;再把3升的瓶子装满,然后把瓶中的牛奶倒入5升的瓶子,直到装满为止.这时留在3升的瓶子内的牛奶正好是1升.用这种量出1升牛奶的方法,理论上可以量出任何升数为整数的牛奶.不过,显然这并不是最有效率的方法.5升与3升可以直接量出,其他如6=3+3,8=5+3,所以要量出6升与8升很容易.但要如何量出7升与4升呢?
24.士兵的遭遇
这题与第12题与第35题类似,这种问题早在本世纪初期就相当流行了.这个问题的关键是独木舟能载两个小孩,但只需要一个小孩就能划独木舟过河.一个小孩先划独木舟至左岸,然后一个士兵带着枪与装备划到右岸.
第二个小孩再把船划到左岸,把第一个小孩接回到右岸.重复此程序,直到每一位士兵都过河为止.
25.等宽曲线
石块向前移动2m.
虽然有许多形状都可作为滚轮的横切面,但只有圆形可作为轮子除非你想有段颠簸的旅程!要作最平滑的移动,轮轴必须位于轮子的中心.当然,也只有圆形的轮子,车轴至轮缘的距离都相等.
26.莫比乌斯带
过去没有接触过莫比乌斯带的人,对于这个活动的结果通常会感到非常惊讶.运用系统化的方法,可以找到纸带扭转次数与从中间剪开后的结果之间的关系.
这个活动非常好玩,但除了好玩之外,它同样具有值得探讨的意义.
27.内还是外
A与B在内部,C在外部.
每跨越围墙一次,不是由内至外,就是由外至内.
任何绕着环建成的圆形监狱,或是如同赤道一样的监狱,无内外之分.
28.滚箱子
只要包装箱是绕边缘旋转,所有路径都是呈圆弧形.
29.轮子往何处去
把A、B、C、D与轮子滚动瞬间的轴连线(图中的虚线),则,A、B、C、D的运动方向就是与所连直线垂直的箭头方向.
图1中的轮子绕中心O旋转.
图2中的轮子绕C点旋转,C点是与地面接触的点.
图3中的轮子绕与铁轨接触的点旋转.
在每一种情况中,A都是由左向右移动,但B与D的移动方向变化就相当大.由图3还可以看出火车往前走得愈快,C点向后移动的速度也会愈快.
30.齿轮系统
(1)逆时针方向,4圈.
(2)顺时针方向,1圈.
(3)逆时针方向,1圈.
(4)顺时针方向,1/2圈.
规则1:轮轴的数目为偶数时,通常最后一个轮轴与第一个轮轴的旋转方向相反.
规则2:在一个轮轴上如果只有一个齿轮,如图中(1)、(2)、(3)、(4)的情形,B的旋转圈数只与A和B的齿数有关:
在图中(5)、(6)、(7)的情形中,需要把齿轮系统分解成数个部分,则上述规则方能适用.
(5)A每转1圈,第二个轮轴要转3圈.第二个轮轴每转1圈,B要转4圈.所以A转1圈,会使B转12圈(3×4).由于轮轴数为奇数,B的旋转方向与A相同.
(6)A每转1圈,第二个轮轴要转1/3圈.第二个轮轴转1圈,会使第三个轮轴转2/3圈.第三个轮轴转1圈,会使B转1/2圈.所以只要A每转1圈,会使B转1/3×2/3×1/2=1/9圈.由于轮轴数为偶数,B的旋转方向与A相反.
(7)A转1圈,第二个轮轴要转3圈.第二个轮轴转1圈,B要转1.5圈.所以A转一圈,会使B转4.5圈(3×1.5).由于轮轴数为奇数,所以B的旋转方向与A相同.
下图是将60齿、36齿、12齿及24齿的齿轮设计成的齿轮系统.
有时可利用齿轮系统增加旋转速度,如手动的钻子或打蛋器;有时也可用来减速,如时钟、食物搅拌器或唱盘等等.
要改变输出轮轴的运动方向,可以在齿轮系统中再加一个只有单一齿轮的轮轴.这个多加的齿轮的齿数,并不会改变齿轮系统整体的转速大小.